今天来聊DOE:动力总成悬置系统的敏感性分析方法
这是本公 众 号的第75篇文章
在已经确定动力总成基本参数及整车基本参数的前提下,正确设计悬置的刚度、阻尼系数以及安装位置,合理设置动力总成各阶模态固有频率,保证悬置系统有较高的模态解耦程度,可以最大限度地减小由动力总成引起的振动向车体的传递,提高悬置系统的工作可靠性,改善整车舒适性。而悬置的布置往往受到安装空间的限制,安装位置可能会发生变化。在设计制造时,悬置的刚度和阻尼也会在一定范围内发生变化,因此必须考虑悬置位置、刚度、阻尼和隔振性能的变化，即对悬置系统进行灵敏度分析。
悬置系统的敏感性分析是在悬置优化的Matlab程序的基础上，结合ISIGHT软件，调用软件中DOE分析模块进行的灵敏度性分析（见图1），以此获得关键因素对悬置系统主要性能的影响：
图1 Isight分析程序界面
1.系统垂向与绕曲轴方向的模态；
2.系统垂向与绕曲轴方向能量解耦率；
3.系统最小与最大固有频率等。
敏感性分析对于因子水平的控制，需要考虑实际情况：
1.刚度方面，可考虑±30%的刚度变动量；
2.坐标方面，可考虑±5mm的位置变动量；
3.安装角度方面，可考虑±10°的角度变化量。这种情况下在前置后驱V型布置的悬置系统中会用到。
分析案例
案例一：
一悬置系统包含三个悬置，每个悬置包含三个方向刚度，其中间值分别如下：ku1=181N/mm，kv1=244N/mm，kw1=299N/mm，ku2=126.3N/mm，kv2=229N/mm，kw2=299N/mm，ku3=81N/mm，kv3=187N/mm，kw3=143N/mm。每个刚度的变动范围设为±30%。
图2为各因素变动对FreqRXX频率的影响，可以看出，kv1、kv2、kv1-kv2、以及kv3^2、kv3对FreqRXX频率的影响最大，其中kv1、kv2、kv3^2、kv3对FreqRXX频率有正的影响，而kv1-kv2对悬置系统有负的影响，进一步的分析表明，增大kv1、kv2、kv3，并保证kv1、kv2大小相差不大，可以显著增大FreqRXX频率，相反，降低kv1、kv2、kv3可以显著降低FreqRXX频率。
图2 刚度变量因素对FreqRXX频率的影响贡献率图
图3为各因素对FreqZ频率的影响，可以看出kw2、kw1、kw1-kw2、kw3、kw3^2对FreqZ频率有重要影响，其中，kw2、kw1、kw3对FreqZ频率有正的影响，而kw1-kw2和kw3^2对FreqZ频率有负的影响。
图3刚度变量因素对FreqZ频率的影响贡献率图
以上分析进一步表明，增大kw2、kw1可以悬置增大FreqZ频率，但同时要保证kw1与kw2相差不大。而增大kw3可能效果不甚理想，因为kw3^2对FreqZ频率有负的影响。
图4表明，kw3^2、kw2^2、kw1^2对EBounce能量解耦有负的影响。而kw1-kw2、kw2-kw3、kw1-kw3对EBounce频率有正的影响。此分析进一步表明，降低kw3有利于提高EBounce能量解耦率。
图4 刚度变量因素对Ebounce解耦率的影响贡献率图
图4表明，kv3^2、kv1^2、kv2^2对ERoll能量解耦率有负的影响，而kv1-kv3、kv2-kv3对ERoll能量解耦率有正的影响，进一步分析表明，降低kv3刚度有利于提高ERoll能量解耦率。
悬置系统的敏感性分析主要集中于这样几点：1）最小与最大固有频率与因素变动的关系；2）垂向和绕曲轴方向固有频率与因素变动的关系；3）垂向和绕曲轴方向能量解耦率与因素变动的关系。分析要能明确的指明影响这些关键目标的因素及相应的调整方案。
图5刚度变量因素对ERoll解耦率的影响贡献率图
案例二：
一悬置系统为前横置前驱三点悬置布置（后悬置为抗扭拉杆式），悬置设计刚度方案如表1所示。
表1 悬置设计刚度表
每个悬置的各个方向刚度变动范围为±30%，在这样一个范围内，研究悬置系统关键目标与各因素的关系。
分析时采用DOE实验，中心复合实验设计方法。每个因子所用的设计点如图6所示。
图6 变量因子的设计点
绕曲轴扭转方向固有频率FreqRYY变动与各因素的关系如图7所示。可知，ku1、ku1^2、ku1-ku3、ku2、ku2-ku3、ku1-ku2、ku3对FreqRYY频率有显著影响，其中，增大ku1、ku1-ku3、ku2、ku1-ku2、ku3可增大FreqRYY，而增大ku1^2、ku2-ku3可降低FreqRYY。综合结果，因此若要降低FreqRYY，降低ku3的值最为有效。
图7 绕曲轴扭转方向固有频率FreqRYY变动与各因素的关系
悬置系统垂向固有频率FreqZ变动与各因素的关系如图8所示。可知，kw1-kw2、kw1^2、kw2^2、kw2对FreqZ影响较大。其中增大kw1-kw2、kw1、kw2可有效增大FreqZ，而降低kw1^2、kw2^2可降低FreqZ（敏感性略差）。综合分析可知，若需增大FreqZ，可增大kw1、kw2。
图8 悬置系统垂向固有频率FreqZ变动与各因素的关系
具体的更详细的设计实例请参考《装备制造技术》上发表的文章《基于DOE敏感性分析的动力总成悬置系统优化》一文。
